圣三一堂由十九世纪英国著名建筑师乔治•吉尔伯特•斯科特爵士设计，教堂建筑风格采用优雅的哥特式风格。整个教堂室内外均为清水红砖墙面，因此圣三一堂又被称为“红礼拜堂”。
1893年，教堂东北角增建了同样是砖木结构的方形钟楼和距地48.46米高的尖顶塔尖，成为当时上海最高的建筑。钟塔内装有当时远东地区最大的八音大钟，圣诗的音韵传至四方。在很长的一段时间里，钟楼是外滩地区的制高点，矗立在此，看尽了外滩的风云变幻，它是上海的象征。
